全球范圍來(lái)看,，2021宣布的500個(gè)氫項(xiàng)目,，相當(dāng)于潛在直接投資達(dá)到1600億美元,，這與2020年相比增長(zhǎng)了100%。預(yù)計(jì)在未來(lái)十年中全球?qū)⒂写蠹s總共250GW的電解項(xiàng)目將會(huì)逐漸建成,。

在這樣的預(yù)期下,，全球電解槽行業(yè)產(chǎn)能迅速擴(kuò)張，中國(guó)短期內(nèi)生產(chǎn)廠家增加了10-15倍,，產(chǎn)能規(guī)劃上升約20倍,。

不過(guò)，科技是一把兩刃劍,，它既能創(chuàng)造一個(gè)產(chǎn)業(yè),，也能毀滅一個(gè)產(chǎn)業(yè)，目前有多種電解水制氫的方式,，已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的也有兩條技術(shù)路線(xiàn),，企業(yè)和資本在興奮之余也不免有幾分忐忑：堿性和PEM，到底哪條技術(shù)路線(xiàn)更容易獲得現(xiàn)實(shí)的訂單,？哪條路線(xiàn)又能夠走得更遠(yuǎn)呢,？或者，堿性電解槽和PEM技術(shù)路線(xiàn)是否能像各種儲(chǔ)運(yùn)方式那樣能夠“和睦相處”呢,？

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層層遞進(jìn)的路線(xiàn)之爭(zhēng),，什么電解槽更有前途？

新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展道路上總是充滿(mǎn)迷霧,，尤其是面臨兩條或多條技術(shù)路線(xiàn)的時(shí)候,，企業(yè)家和投資人需要在各種嘈雜的討論中辨析并選擇自己的路線(xiàn)。

前一段時(shí)間是關(guān)于鋰電與氫電的爭(zhēng)論,，蓬勃發(fā)展的鋰電顯然占據(jù)了上風(fēng),，但挺氫派堅(jiān)持氫在環(huán)保和資源上更有優(yōu)勢(shì)。好不容易市場(chǎng)達(dá)成了一些共識(shí),，認(rèn)為氫作為能源不僅僅是用于汽車(chē)的燃料電池，還有比作為儲(chǔ)能的鋰電具有更廣泛的應(yīng)用空間,。即使在交通運(yùn)輸領(lǐng)域,，燃料電池也能彌補(bǔ)鋰電能量密度不足和低溫性能不好的短板，在商用汽車(chē),、船舶,、軌道交通領(lǐng)域更有優(yōu)勢(shì)。

接下來(lái)是關(guān)于氫氣來(lái)源的爭(zhēng)論,，灰氫,、藍(lán)氫、綠氫,？或是化石能源制氫,、工業(yè)副產(chǎn)氫,、還是綠電制氫？從技術(shù)成熟度,、獲取方便,、制氫成本、環(huán)保等各個(gè)維度進(jìn)行比較,。

還好,，市場(chǎng)在這個(gè)問(wèn)題上分歧并不大，普遍認(rèn)為綠氫也就是可再生能源制氫是氫能發(fā)展的主流方向,，其他制氫方式作為補(bǔ)充,。氫能十四五規(guī)劃明確鼓勵(lì)可再生能源制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫，不鼓勵(lì)化石能源制氫,。但在示范期間,，主要以產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)驗(yàn)證為目的，并不需要十分計(jì)較氫氣來(lái)源,，最重要的是獲取方便,、成本可控、品質(zhì)保障,。

氫的儲(chǔ)運(yùn)方式上也有一些爭(zhēng)議,，好在大家認(rèn)同不同氫氣來(lái)源、運(yùn)輸量,、和運(yùn)輸距離等應(yīng)選擇不同的方式,，高壓儲(chǔ)氫、固態(tài)儲(chǔ)氫,、液態(tài)儲(chǔ)氫,、管道運(yùn)輸或是有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)氫各有各的應(yīng)用場(chǎng)景，彼此沖突似乎不大,。

似乎都清晰了：發(fā)展氫能將成為實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)和能源安全的重要手段,，可再生能源制氫是主要的氫能來(lái)源，多種儲(chǔ)氫方式供選擇,，總之,，電解槽將迎來(lái)巨大的發(fā)展機(jī)會(huì)。但問(wèn)題又來(lái)了,，對(duì)于綠電制氫的技術(shù)路線(xiàn)又產(chǎn)生了爭(zhēng)論,。

暫且不討論其他未成熟的技術(shù)路線(xiàn)，就目前已經(jīng)進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的堿性電解槽和PEM電解槽到底哪一條技術(shù)路線(xiàn)才是主流,？

去年看起來(lái)國(guó)外以PEM為主,，國(guó)內(nèi)以堿槽為主，更多的人認(rèn)為PEM更能代表未來(lái),；今年國(guó)外堿性電解槽似乎在增加,，而PEM則似乎在減少,，甚至有人說(shuō)國(guó)外企業(yè)正"跑步進(jìn)入堿性電解槽”，更重要的是,，國(guó)內(nèi)影響力巨大的新疆庫(kù)車(chē)項(xiàng)目52臺(tái)電解槽全部選用堿性技術(shù)路線(xiàn),，而且，最近國(guó)內(nèi)進(jìn)入電解槽的企業(yè)達(dá)到150家左右,，其中超過(guò)100家的方向都是堿性電解槽,。

于是市場(chǎng)開(kāi)始出現(xiàn)否定PEM技術(shù)路線(xiàn)的聲音，認(rèn)為PEM太貴,，PK不過(guò)堿性電解槽,，沒(méi)有前途。但這似乎是出于成本的考量,，而從技術(shù)的角度來(lái)看,，選擇PEM制氫的企業(yè)認(rèn)為他們的路線(xiàn)更有前途。

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目前,，中國(guó)主導(dǎo)的堿性電解槽單槽規(guī)模在1-6.5MW（中國(guó)的主導(dǎo)產(chǎn)品是5MW），而PEM電解槽的單槽規(guī)模在0.25-2.5MW（國(guó)外主導(dǎo)產(chǎn)品2.5MW),。

不過(guò),，這樣漫長(zhǎng)的時(shí)間培育出來(lái)的產(chǎn)業(yè)卻依然還是一個(gè)小產(chǎn)業(yè)，到2018年前,，全球電解槽的出貨量總共也只有135MW,，相當(dāng)于27臺(tái)1000Nm3/h的電解槽。

根據(jù)倫敦帝國(guó)理工學(xué)院研究人員統(tǒng)計(jì),，到2014 年,，全球堿性電解槽的累計(jì)出貨量為19.84GW，彭博社估計(jì)到2017年累計(jì)出貨約20GW,，根據(jù)項(xiàng)目跟蹤統(tǒng)計(jì)預(yù)計(jì)2018-2023年將再出貨3.81GW,，到2023年累計(jì)出貨量為23.81GW。而到2017年,，全球PEM電解槽累計(jì)出貨量約為30MW,，預(yù)計(jì)2018-2023 年期間出貨量為1.31GW，到2023年總計(jì)1.34GW,。

而在近百年的發(fā)展歷史中,，電解槽主要是穩(wěn)定的電源來(lái)制取氫氣，更多的氫氣應(yīng)用于不可少的工業(yè)原理或還原劑,，這些經(jīng)驗(yàn)不足以解決可再生能源的間歇性問(wèn)題,，行業(yè)發(fā)展面臨未有的技術(shù)難題。面對(duì)新的應(yīng)用條件,，傳統(tǒng)的電解槽技術(shù)并不老道,，或者說(shuō)還處于示范初期階段。

盡管到2021年全球電解槽出貨量共計(jì)458MW,，其中大部分用于示范性綠氫項(xiàng)目,，相比2018年量復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到50%，但在這些示范項(xiàng)目中還沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)來(lái)驗(yàn)證堿性電解槽和PEM電解槽實(shí)際運(yùn)行的效率和壽命,。

目前,，國(guó)內(nèi)綠氫項(xiàng)目進(jìn)入運(yùn)行期的案例還非常少，寶豐能源投資建設(shè)的“太陽(yáng)能電解水制氫綜合示范項(xiàng)目”已經(jīng)在寧夏寧東能源化工基地正式投產(chǎn),。該項(xiàng)目可年產(chǎn)2.4億標(biāo)方綠氫和1.2億標(biāo)方綠氧,，通過(guò)太陽(yáng)能生產(chǎn)綠色電能，再用綠色電能作為動(dòng)力，通過(guò)電解水制取出“綠氫”和“綠氧”,，但目前還沒(méi)有公開(kāi)的運(yùn)行數(shù)據(jù),。

顯然,，這個(gè)時(shí)候得出堿性或PEM哪條路線(xiàn)是長(zhǎng)期趨勢(shì)結(jié)論還為時(shí)過(guò)早,。

3

電解（electrolysis）一詞的后綴lysis是“分離”或“破裂”,，即通過(guò)電分解的過(guò)程,，當(dāng)直流電通過(guò)電解槽時(shí)，在陽(yáng)極與溶液界面處發(fā)生氧化反應(yīng),，在陰極與溶液界面處發(fā)生還原反應(yīng),，產(chǎn)生氫氣和氧氣。

目前,，堿性和PEM是僅有的兩種已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)化的電解槽,，它們所用的催化劑、電解質(zhì)和結(jié)構(gòu)都不一樣,。

電解質(zhì)是一種含有離子的導(dǎo)電介質(zhì),，堿性電解槽電解質(zhì)是含有30%氫氧化鉀的堿性溶液；而在PEM電解中,，電解質(zhì)則是由固體聚合物制成的質(zhì)子交換膜,。堿性電極材料主要包括鎳或鎳鋁合金涂層鋼，在堿性電解液中進(jìn)行堿性電解,；PEM電解槽則是用銥或鉑涂層鋼/鈦,，在酸性環(huán)境中進(jìn)行PEM電解。

19世紀(jì)初期,，電解水技術(shù)來(lái)自于航天科技,，最早是為了生產(chǎn)航空燃料，因?yàn)楹娇栈睾芷h(yuǎn),，需要?dú)錃?，而又不能從遠(yuǎn)處運(yùn)輸過(guò)去，因保密的需要也不能在當(dāng)?shù)亟ɑS,，所以需要就地解決氫的來(lái)源,。

而在我國(guó)，上世紀(jì)60-70年代中船718所在進(jìn)口電解槽的基礎(chǔ)上研究出中壓電解槽,，當(dāng)時(shí)的應(yīng)用是為核潛艇員提供需要呼吸的氧氣,，此后氫氣作為還原劑或原料在浮法玻璃、電子行業(yè),、鋼鐵行業(yè)等領(lǐng)域應(yīng)用,，電解槽從*工領(lǐng)域進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域。

PEM電解槽是與燃料電池的逆反應(yīng)。上世紀(jì)60年代燃料電池開(kāi)始在航天器上應(yīng)用,，最早GE公司推出用在宇宙飛船的備用系統(tǒng)，1962年杜邦公司改良了質(zhì)子膜,，在此基礎(chǔ)上于80年代推出民用氫氣發(fā)生器,。

也就是說(shuō)，堿性電解槽的出現(xiàn)最初是基于電解水制氧,，然后在工業(yè)氫氣中應(yīng)用,；而PEM電解槽的出現(xiàn)的背景則是基于氫氣作為動(dòng)力的大背景，其研究重點(diǎn)就落在了能量利用率,、對(duì)可再生能源波動(dòng)的適應(yīng)性,、電解槽氫氣輸出壓力等指標(biāo)上。

但現(xiàn)實(shí)中,，堿性電解槽已經(jīng)處于規(guī)?；医?jīng)歷了輸出壓力,、電解槽功率,、隔膜材料等多方面的升級(jí)來(lái)提升效率和改善工作環(huán)境的適應(yīng)性，而PEM則還處于性能和使用壽命被驗(yàn)證和改善的階段,。

所以,，從把水變成氫的成熟度來(lái)看，堿性電解槽已經(jīng)很成熟,，PEM還處于成長(zhǎng)階段,；但從工作原理上看，PEM電解槽更適應(yīng)可再生能源不穩(wěn)定的工作狀態(tài),，所以,，很大程度上取決于項(xiàng)目方想要達(dá)到什么目的。

目前,，主要的電解槽制造商分布在歐洲,、美國(guó)和中國(guó)，其中,，歐美國(guó)家以PEM為主,，代表企業(yè)有西門(mén)子、康明斯,、ITW Power,、NEL、普拉格等,；而中國(guó)以堿性為主,，代表企業(yè)有考克利爾競(jìng)立、派瑞氫能、天津大陸,、隆基綠能等,。

原本以為歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)更能代表行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì),，而且國(guó)內(nèi)中國(guó)石化,、國(guó)電投、派瑞氫能,、陽(yáng)光電源等企業(yè)都投資于PEM,，但近期蒂森克虜伯和NEL都擴(kuò)大了在堿性電解槽的產(chǎn)能。

NEL是目前一家可以從上市公司報(bào)表上看到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化的企業(yè),，今年1-9月份的銷(xiāo)售數(shù)據(jù)顯示：前三季度,，NEL堿性電解槽營(yíng)業(yè)收入同比大幅增長(zhǎng)702.64%，而PEM則同比下降了3.91%,，難怪業(yè)內(nèi)有人形容國(guó)外企業(yè)”跑步進(jìn)入堿性電解槽“了,。

不過(guò),，荷蘭氫和燃料電池聯(lián)合計(jì)劃項(xiàng)目研究員王戶(hù)貴說(shuō)：”PEM電解槽是針對(duì)能源目標(biāo)來(lái)設(shè)計(jì)的,，而堿性電解最初的目標(biāo)是制氧制氯，我和歐洲企業(yè)對(duì)兩條技術(shù)路線(xiàn)都是支持的,。“

不過(guò)對(duì)于目前市場(chǎng)的變化,，王戶(hù)貴研究員認(rèn)為個(gè)別企業(yè)的收入結(jié)構(gòu)變化不能代表行業(yè)趨勢(shì)。

他說(shuō),，雖然NEL的發(fā)展歷史可以追溯到1927年,，而且2017年成為上市公司，目前訂單顯示公司處于快速增長(zhǎng),，但NEL依然是一家規(guī)模不大的企業(yè),，目前大約600名員工，到2021年公司營(yíng)業(yè)收入也只有7.98億挪威克朗,，相當(dāng)于5.59億人民幣,，目前公司依然處于求生存的階段，還沒(méi)有能力領(lǐng)行業(yè),，所以,，他們今年堿性槽的大幅增加不能代表行業(yè)趨勢(shì)。

至于歐洲老牌工業(yè)企業(yè)蒂森克虜伯,，王戶(hù)貴研究員認(rèn)為這家服務(wù)于傳統(tǒng)鋼鐵和汽車(chē)行業(yè)的工業(yè)企業(yè)同樣處于求生存的狀態(tài),，過(guò)去十多年公司營(yíng)業(yè)收入處于下降趨勢(shì)，而且大部分時(shí)間處于虧損或微利,，也不能代表歐洲先進(jìn)的科技發(fā)展方向,。而影響德國(guó)經(jīng)濟(jì)30%的西門(mén)子則愿意投入更多未來(lái)產(chǎn)業(yè)的研究,，他們的選擇也更能代表電解槽發(fā)展方向。他認(rèn)為,，西門(mén)子大概率不會(huì)選擇堿性電解槽,。